恒星如何“转圈圈”

陈若颖

地球是自西向东围绕太阳运行的，一年旋转一圈。但是就像我们坐在车上感受不到车在前进，而是认为路边的树木在后退一样，站在地球上的人也感觉不到地球的运动，反而认为是太阳在自东向西绕着地球旋转。而这样旋转一圈投影在天球上的轨迹就被人们称为“黄道”。黄道所在的平面，即地球的公转轨道面，就叫作黄道面。

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天体在天球上的投影

宇宙中各个天体与地球上的观测者的距离都不相同，研究起来很不方便，所以人们就假想了一个天球，然后把所有的天体不论远近，统统“投影”到天球相应的位置上，再来研究它们就简单多了。

黄道除了表示太阳投影在天球上的轨迹之外，还能帮助我们定义四季。由于地球是倾斜着自转的，所以黄道就与地球赤道形成了一个23.5°的夹角，又称黄赤交角。正是因为这个夹角，当地球公转时，太阳直射地球的位置就会不断发生改变，从而形成了四季。

地球赤道在天球上的投影是天球的赤道，即天赤道，所以黄道和天赤道也相交形成了黄赤交角，太阳在一年之内能够经过天赤道兩次。其中，春分时太阳恰好从南向北经过天赤道，这个点被称为“春分点”。同理，从北向南经过天赤道的那个点就被叫作“秋分点”。

黄道十三星座

古人为天上的星辰划定了星座，并假设这些星座都被投影到了天球上，同样投影在天球上的太阳运动轨迹，正好经过了其中的12 个星座，于是古人就把这12 个特殊的星座称为“黄道十二星座”。黄道在数千年间并不是一成不变的，它也会因为各种微小的扰动而变动位置。如今的黄道，在天蝎座和人马座之间，多出了一个蛇夫座。所以，黄道上现在一共有十三个星座。

不同纬度的天空

从地球上看，太阳的运动轨迹被称为黄道。而天空中其他的恒星在天球上同样也呈现出一条条运动轨迹。

因为地球上不同纬度拥有不同的地平圈，所以位于不同纬度的人看到的是天球的不同部分。比如站在北半球的我们，看到的大部分天体的运动轨迹都是倾斜的。不过，在北天极周围有一些比较特殊的天体，它们的运动轨迹总是高于地平圈，所以永远不会落下，被称为“永不落天体”，它们运行的这一区域则被叫作“恒显圈”。与此相对，南天极附近有“永不升天体”和“恒隐圈”。至于恒显圈与恒隐圈的大小与我们所处的位置有关，纬度越高，人们看到的恒显圈和恒隐圈范围越大。

如果你刚好处于北极点，这时北天极就在你的头顶，你只能看到天球上一半的天体。不过，北极点的天空并不无聊，光天体的运动轨迹就是一大奇观。在这里，你看到的所有太阳系之外的天体永远都不会落下，它们会在各自平行于地平圈的轨道上旋转。处于北极，整个北天球都是你的恒显圈。

如果你恰好站在赤道上，此时南北天极恰好位于地平线上，那么你看到的天体就会垂直于地平面升落。因为没有恒隐圈，所以位于赤道上的人能够看到天球上所有的天体。

在北极点观测太阳就更有趣了。北极点会有为期半年的极昼或极夜，你知道在这半年内太阳是如何运行的吗？

从春分开始，太阳会从地平线上缓缓升起，一天绕着北天极旋转一圈。半年的时间里，它会一直待在天上，每天上升一点儿，直到秋分那天才会落下，之后便进入长达半年的极夜。如果在这半年内每小时都给太阳拍一张照片，最后拼接起来，你会发现它在这半年内经历了一个螺旋上升再螺旋下降的过程。也正因为这与众不同的升落方式，北极点的日出和日落能持续约三十个小时！

根据赤道附近天体的运动轨迹，你能想到太阳在赤道附近的运动轨迹是什么样的吗？